CN113757762A - 一种太阳能复合储能供热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能复合储能供热系统，该系统包括太阳能集热回路与热水供热循环回路；所述太阳能集热回路中，太阳能集热器和换热器或储能部件串联形成循环水路；所述热水供热循环回路中，换热器或储能部件、辅助热源和末端辐射板串联形成循环水路；所述太阳能集热回路与热水供热循环回路通过换热器或储能部件耦合在一起。本发明加入了合适的储能部件，相较于现有太阳能供热系统，能够有效提高供热系统的供热量。本发明采用的新型复合相变材料相比传统的蓄热水箱具备明显的优越性，不仅可以有效提高太阳能的利用效率，还能减少储能部件所占用的空间。

Description

一种太阳能复合储能供热系统
技术领域
本发明涉及太阳能供热领域，尤其涉及一种太阳能复合储能供热系统。
背景技术
在能源问题越来越受到重视的今天，在社会的方方面面，人们都在致力于能源消耗的降低与可再生清洁能源的开发。在众多新能源中，太阳能因其清洁、安全、来源稳定、总量充足等优点，一直是开发的热点。中国国土面积广大，太阳能资源也十分充足，根据相关统计，我国的年平均太阳能辐射量为5750MJ/m2，在世界上处于领先地位，同时，我国面积广大，且我国国土面积中有超过67％的面积为太阳能有效利用国土面积，由于上述原因，我国是太阳能资源最丰富的国家之一，据统计，我国每年获得的太阳能辐射量为5×106MJ，折合标准煤为2.4×104亿吨，因此，对于如此丰富的太阳能资源，加大投入将其合理利用起来是十分有必要的。
对于太阳能的利用有多种形式，除去传统的通过生物利用外，目前主要有太阳能发电，太阳能供热等形式，目前太阳能发电已经受到较为广泛的应用，且太阳能发电在我国能源结构中的比例正逐渐提高。但是对于能量转换形式更加直接的太阳能供热来说，应用目前还主要局限于太阳能热水系统，对于气候寒冷的地区来说，建筑供热能耗占比很大，而气候寒冷地区太阳能资源往往较为丰富，因此利用太阳能直接对建筑进行供暖具有良好的应用前景与节能效益。
太阳能具备方便利用，来源充足，清洁无污染等优点，但也存在波动性强，能量与用户热需求不匹配等缺点，目前的太阳能供热系统主要通过蓄热水箱来实现能量的存储与释放，而相变储能材料的发展为太阳能供热系统储能部件提供了另一个选择，通过在太阳能供热系统中加入相变储能部件，可以有效减少太阳能波动性带来的能量损耗，提高系统的太阳能保证率，使太阳能供热与用户的热负荷更加匹配。
由于单一的太阳能往往无法满足建筑的供热需求，故供热系统往往为太阳能与热泵相结合，热泵通常为空气源热泵，用作辅助热源，当太阳能不足时为系统提供热量。目前国内外对于太阳能热泵的研究比较广泛，主要目的是提高整个系统的性能并降低能耗。相变储能材料作为一种提高能源利用稳定性以及效率的技术越来越受到人们重视，如何有效的对相变储能技术进行研究越来越受到人们的重视。上述问题是太阳能供热系统的关键技术，通过对储能型太阳能供热系统的研究可以大大提高供热系统的性能并提高效率。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术的不足，提出一种太阳能复合储能供热系统，解决对于气候寒冷的地区来说，太阳能供热系统波动性强，能量与用户热需求不匹配，以及性能较差、能源利用率低和占用空间大等问题。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种太阳能复合储能供热系统，该系统包括太阳能集热回路与热水供热循环回路；所述太阳能集热回路中，太阳能集热器和储能部件串联形成循环水路；所述热水供热循环回路中，储能部件、辅助热源和末端辐射板串联形成循环水路；所述太阳能集热回路与热水供热循环回路通过储能部件耦合在一起。
进一步地，所述太阳能集热回路中，太阳能集热器和储能部件之间安装有第一循环水泵。
进一步地，所述热水供热循环回路中，末端辐射板和储能部件之间安装有第二循环水泵。
进一步地，所述太阳能集热回路中安装有第一电子控制阀，热水供热循环回路中安装有第二电子控制阀，通过两个电子控制阀的开闭，来实现储能部件的储能和放热。
进一步地，所述太阳能集热器为全玻璃真空管型太阳能集热器。
进一步地，所述末端辐射板为地暖辐射板。
进一步地，所述辅助热源为热泵，包括空气源热泵、地源热泵或水源热泵。
进一步地，各部件之间通过管道连接，所述管道为PPR水管。
进一步地，所述的储能部件为复合相变储能部件或固体显热储能部件。
进一步地，所述储能部件采用圆柱套管式结构，储能材料填充中间内管和外管之间，根据工作模式的不同，换热流体管道可分别连接太阳能集热回路或热水供热循环回路，流入热流体或冷流体，对圆柱套管内储能材料进行加热或冷却，实现能量的存储与释放。
本发明的有益效果：
(1)本发明加入了合适的储能部件，相较于现有太阳能供热系统，能够有效提高供热系统的供热量。
(2)本发明采用的新型复合相变材料相比传统的蓄热水箱具备明显的优越性，不仅可以有效提高太阳能的利用效率，还能减少储能部件所占用的空间。
(3)本发明采用的固体显热储能部件经济实惠，相较于现有技术不仅能有效提高系统的太阳能利用率，并且相同体积下的效果仅略差于蓄热水箱，提高固体含水率可以提高部件的储能性能。
(4)本发明相较于现有技术，通过提高太阳能集热面积，提高了系统的太阳能供热量。
附图说明
图1为本发明提供的一种太阳能复合储能供热系统结构示意图。
图中，太阳能集热器1，第一循环水泵2，储能部件3，辅助热源4，末端辐射板5，第二循环水泵6，第一电子控制阀7，第二电子控制阀8。
具体实施方式
以下结合附图对本发明具体实施方式作进一步详细说明。
如图1所示，本发明提供的一种太阳能复合储能供热系统，该系统通过在太阳能供热系统中加入储能部件，可以有效减少太阳能波动性带来的能量损耗，提高系统的太阳能保证率，使太阳能供热与用户的热负荷更加匹配。
该系统包括太阳能集热回路与热水供热循环回路；所述太阳能集热回路中，太阳能集热器1和储能部件3串联形成循环水路；所述太阳能集热回路中，太阳能集热器1和储能部件3之间安装有第一循环水泵2。所述热水供热循环回路中，储能部件3、辅助热源4和末端辐射板5串联形成循环水路；所述热水供热循环回路中，末端辐射板5和储能部件3之间安装有第二循环水泵6。所述太阳能集热回路与热水供热循环回路通过储能部件3耦合在一起。各部件之间通过管道连接，所述管道为PPR水管。所述太阳能集热回路中安装有第一电子控制阀7，热水供热循环回路中安装有第二电子控制阀8，通过两个电子控制阀的开闭，来实现储能部件3的储能和放热。
所述太阳能集热回路中的太阳能集热器1还具有蓄水箱，为市售产品，或现有文献中公开的产品，根据实际产品使用用户的需求进行选择或设计。
所述太阳能集热器1为全玻璃真空管型太阳能集热器，为市售产品，或现有文献中公开的产品。本发明中太阳能集热器的选择需根据产品使用地当地气象数据信息计算出集热器热负荷，进而确定集热器面积，进而确定集热器型号。
所述末端辐射板5为地暖辐射板，为市售产品，或现有文献中公开的产品，根据产品使用地当地环境情况进行选择。辅助热源4处于用户侧末端辐射板之前，从而保证当太阳能热量不足时，循环水能够有足够的热量对末端用户进行供热。
所述辅助热源4为热泵，包括空气源热泵、地源热泵或水源热泵，对于一般环境地区为空气源热泵，对于严寒地区可以为地源热泵或水源热泵。
所述的储能部件3为复合相变储能部件或固体显热储能部件。系统中采用的复合相变储能材料可以是石蜡—膨胀石墨、石蜡—石墨烯或肉豆蔻酸—碳纳米管，有相变潜热大，蓄热能力强的优点，又有着较高的导热率，是良好的储能元件填充材料，材料配比可根据实际应用具体选择；系统中采用固体显热储能材料可以为水、石墨粉、沙石三者混合形成的沙浆，材料配比根据实际需求进行选择，其主要材料沙石成本低廉，取材方便，加入水与石墨粉后能够有效提高材料的总体导热性与比热容。
所述储能部件3采用圆柱套管式结构，储能材料填充中间内管和外管之间，根据工作模式的不同，换热流体管道可分别连接太阳能集热回路或热水供热循环回路，流入热流体或冷流体，对圆柱套管内储能材料进行加热或冷却，实现能量的存储与释放。当太阳能充足，太阳能集热器出口温度高时，第一电子控制阀7打开和第二电子控制阀8打开，集热循环水与供热循环水直接在储能部件3处进行换热，换热的同时对储能部件3进行充能，或者第一电子控制阀7打开，第二电子控制阀8关闭，此时供热循环水不流经储能部件3，可增加储能部件3的储能效率；当太阳能不足，太阳能集热器出口温度低于供热循环回水温度时，第一电子控制阀7关闭，第二电子控制阀8打开，此时集热循环水不流经储能部件3。供热循环水流入储能部件3，吸收热量后供给给用户。
上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种太阳能复合储能供热系统，其特征在于，该系统包括太阳能集热回路与热水供热循环回路；所述太阳能集热回路中，太阳能集热器(1)和储能部件(3)串联形成循环水路；所述热水供热循环回路中，储能部件(3)、辅助热源(4)和末端辐射板(5)串联形成循环水路；所述太阳能集热回路与热水供热循环回路通过储能部件(3)耦合在一起。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能复合储能供热系统，其特征在于，所述太阳能集热回路中，太阳能集热器(1)和储能部件(3)之间安装有第一循环水泵(2)。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能复合储能供热系统，其特征在于，所述热水供热循环回路中，末端辐射板(5)和储能部件(3)之间安装有第二循环水泵(6)。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能复合储能供热系统，其特征在于，所述太阳能集热回路中安装有第一电子控制阀(7)，热水供热循环回路中安装有第二电子控制阀(8)，通过两个电子控制阀的开闭，来实现储能部件(3)的储能和放热。
5.根据权利要求1所述的一种太阳能复合储能供热系统，其特征在于，所述太阳能集热器(1)为全玻璃真空管型太阳能集热器。
6.根据权利要求1所述的一种太阳能复合储能供热系统，其特征在于，所述末端辐射板(5)为地暖辐射板。
7.根据权利要求1所述的一种太阳能复合储能供热系统，其特征在于，所述辅助热源(4)为热泵，包括空气源热泵、地源热泵或水源热泵。
8.根据权利要求1所述的一种太阳能复合储能供热系统，其特征在于，各部件之间通过管道连接，所述管道为PPR水管。
9.根据权利要求1所述的一种太阳能复合储能供热系统，其特征在于，所述的储能部件(3)为复合相变储能部件或固体显热储能部件。
10.根据权利要求1所述的一种太阳能复合储能供热系统，其特征在于，所述储能部件(3)采用圆柱套管式结构，储能材料填充中间内管和外管之间，根据工作模式的不同，换热流体管道可分别连接太阳能集热回路或热水供热循环回路，流入热流体或冷流体，对圆柱套管内储能材料进行加热或冷却，实现能量的存储与释放。
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